具有全局考虑的辐射治疗优化单元制造技术

辐射治疗规划系统(100)包括辐射治疗优化单元(124)，所述辐射治疗优化单元接收从体积图像分割的至少一个靶结构和至少一个风险器官(OAR)结构，并且基于至少一个修正目标函数生成优化的计划(126)。优化的计划(126)包括针对每个体素的规划辐射剂量。

Radiation therapy optimization unit with global consideration

Radiation treatment planning system (100) comprises a radiation treatment optimization unit (124), the optimization of radiation treatment unit receives at least one target image segmentation from the volume structure and at least one risk organ (OAR) structure, and based on the at least one plan to revise the objective function to produce an optimal (126). The optimized plan (126) includes the planned radiation dose for each voxel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有全局考虑的辐射治疗优化单元
以下总体上涉及外部射束辐射治疗，并且利用对逆向规划优化技术的特定应用来描述，所述技术包括强度调制辐射治疗(IMRT)和/或体积调制弧形治疗(VMAT)辐射治疗规划。
技术介绍
VMAT和/或IMRT辐射治疗技术向靶区(诸如癌性生长)递送高剂量以破坏或控制靶区中的患病组织。剂量目标由医学从业者基于一幅或多幅体积规划图像(例如，X射线计算机断层摄影(CT)图像)来识别。基于剂量目标，优化器被用于规划针对靶区的外部辐射的射束的取向、持续时间、形状和强度。靶区和附近的器官或风险器官(OAR)在规划图像中被识别并且通常被分割为结构。在递送来自辐射源的穿过身体的外部辐射的射束时，辐射射束的路径中的器官也经受递送的辐射。器官可以分类为串行器官或并行器官。接收到串行器官的任何一个部分的致命剂量的辐射的诸如脑干、脊髓等的串行器官导致整个器官出故障。诸如腮腺、喉、嘴唇等的并行器官可以接收到并行器官的部分的致命剂量，并且仍然保持来自其余部分的至少一些功能。针对外部辐射的射束的规划方法通常包括竞争目标。一些目标要求向靶区递送辐射。其他目标要求不递送辐射或仅允许向OAR递送特定量的辐射。OAR目标通常包括最大剂量目标或最大剂量体积直方图(DVH)，以及目标相对于其他OAR目标的权重或优先级。靶目标包括最小辐射剂量目标或一致剂量目标。优化器程序输入具有剂量目标的靶目标和OAR目标，并识别一组射束，每个具有强度、持续时间、形状和取向，其最优地满足竞争目标以形成计划。权重对应于分割的体积，例如OAR和靶区，针对其基于加权目标使用被应用到整个分割的体积的权重来计算规划剂量。医疗保健从业者查看来自优化器的输出，所述输出通常被看作是以体积方式表达的规划剂量或预期剂量，例如施加在规划图像上的等值轮廓线、剂量体积直方图等。在调谐过程中，可以改变目标，例如改变权重或剂量目标，或者可以添加目标。添加的目标可以将剂量如更多引导到特定靶区或更少引导到特定OAR。添加的目标可以包括分割结构的子集或具有对应剂量目标的额外结构，以将规划剂量改变或移位。优化器程序以改变/额外的目标重新运行，并重复该过程，直到达到可接受的优化的计划。然而，添加更多的结构和目标施加更大的复杂性、从业者的更多的时间，以及更多的计算要求，例如，更慢和/或更长的响应时间、更多的计算机硬件等。人工查看和引导优化器增加了宝贵的临床人员的时间，降低了吞吐量，并且增加了成本。人工查看也能够不一致。使规划过程自动化可以减少医疗保健从业者的查看、分析和改变的交互次数。
技术实现思路
本文描述的各方面解决了上述问题和其他问题。以下描述辐射治疗(RT)优化单元，其具有辐射治疗规划系统和方法的全局考虑。RT优化单元使用基于标准剂量目标函数的新一类目标函数来确定针对靶结构和OAR结构的规划辐射剂量，所述目标函数被修改为更难驱动以满足输入目标并继续驱动超过目标，但是以降低的水平。全局考虑包括靶结构和OAR结构之间的交叠和/或距离、靶结构的剂量下降区域、身体或整体剂量最小化，在可能的情况下减少超过剂量目标的针对OAR结构的剂量，并且在需要时增加针对靶结构的剂量均匀性和一致性。在一些实施例中，优化参数调谐被直接并入到优化中。在一个方面中，辐射治疗规划系统包括RT优化单元，其接收从体积图像分割的至少一个靶结构和至少一个风险器官辐射(OAR)结构，并且基于至少一个修正目标函数来生成优化的计划。优化的计划包括针对每个体素的规划辐射剂量。在另一方面中，辐射治疗规划的方法包括从体积图像中分割至少一个靶结构和风险器官(OAR)结构。基于至少一个修正目标函数生成优化的计划，并且优化的计划包括针对用户指定剂量网格内的每个体素的规划辐射剂量。在另一方面中，辐射治疗规划的方法包括从体积图像中分割至少一个靶结构和风险器官(OAR)结构。基于至少一个修正目标函数生成优化的计划，并且优化的计划包括针对用户指定剂量网格内的每个体素的规划辐射剂量。优化的规划被迭代地调节，并且针对至少一个体素的剂量目标和/或权重中的至少一个在至少一个迭代之间被调节。在另一方面中，计算系统包括处理器，所述处理器被配置为接收针对根据体积图像从体积分割的至少一个靶结构和风险器官(OAR)结构的剂量目标和权重。处理器还被配置为根据距至少一个靶结构中最近的一个的距离来对体积图像的体积中的体素进行加权，并且基于至少一个目标函数生成优化的计划。优化的计划包括针对体积中每个体素的规划辐射剂量。优化的计划被迭代地调节，并且针对至少一个体素的剂量目标和权重中的至少一个在至少一个迭代之间被调节。附图说明本专利技术可以采取各种部件和部件布置的形式，并且可以采取各种步骤和各步骤安排的形式。附图仅是为了说明优选实施例的目的，而不应被解释为对本专利技术的限制。图1示意性地图示了与成像和辐射递送系统结合的包括具有全局考虑的RT优化单元的范例系统，。图2示出了身体体积中的结构的范例概念二维显示。图3图示了利用RT优化单元进行辐射治疗规划的范例方法。具体实施方式首先参照图1，示意性地图示了与成像设备102和辐射递送设备104结合的范例系统100。成像设备102包括一种或多种模态的扫描器，诸如X射线计算机断层摄影(CT)扫描器、磁共振成像(MRI)扫描器、正电子发射断层摄影(PET)扫描器、单质子发射计算机断层摄影(SPECT)扫描器、组合物、混合物等，其生成用于规划辐射治疗的对象的感兴趣区域(ROI)的体积图像106。体积规划图像106至少包括三维(3D)图像，例如由2D切片、3D图像、4D图像等构建的体积图像。体积规划图像106可以直接从成像设备102接收或存储在电子存储器中，例如影像归档和通信系统(PACS)、放射科信息系统(RIS)、电子病历(EMR)、云存储、服务器存储，本地存储等。分割器108从体积规划图像106中识别和分割结构110。分割器108使用已知或其他分割技术来自动或手动地识别和分割结构110。分割的结构110包括一个或多个靶结构，诸如肿瘤、患病组织等。分割的结构110包括一个或多个OAR结构。OAR结构包括串行和/或并行器官。每个分割的结构110是体积结构，并且可以通过体积规划图像106中的体素的子集在空间上定义。体素可以被包括在多于一个的分割的结构中。例如，靶结构可以与OAR结构(诸如包括患病组织的OAR的部分)交叠。诸如工作站、膝上型计算机、平板电脑、智能电话、身佩式计算设备、服务器等的计算设备112接收指示靶目标114和OAR目标116的输入。计算设备112包括显示设备118、一个或多个输入设备120以及数据处理器122，诸如数字处理器、微处理器、电子处理器、光学处理器、多处理器等。靶目标114和OAR目标116包括针对分割的结构110的辐射剂量或生物目标。辐射治疗(RT)优化单元124接收分割的结构110、靶目标114和OAR目标116，并将剂量网格拟合到规划图像106的体积或体积的部分。可以通过至少一个目标表示每个剂量网格体素。在一些实例中，该表示全局地减少或消除靶结构外的热剂量。不包括在OAR结构和/或靶结构中的剂量网格中的体素被包括在剂量下降区域、一般身体区域或一些其他剂量控制结构中。剂量下降区域和一般身体区域中的每个包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射治疗规划系统(100)，包括：辐射治疗(RT)优化单元(124)，其被配置为接收从体积图像分割的至少一个靶结构和至少一个风险器官(OAR)结构，被配置为根据距所述至少一个靶结构中的最近的一个靶结构的距离对体素进行加权，并且被配置为基于至少一个修正目标函数来生成优化的计划(126)，并且所述优化的计划(126)包括针对每个体素的规划辐射剂量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.08 US 62/172,2671.一种辐射治疗规划系统(100)，包括：辐射治疗(RT)优化单元(124)，其被配置为接收从体积图像分割的至少一个靶结构和至少一个风险器官(OAR)结构，被配置为根据距所述至少一个靶结构中的最近的一个靶结构的距离对体素进行加权，并且被配置为基于至少一个修正目标函数来生成优化的计划(126)，并且所述优化的计划(126)包括针对每个体素的规划辐射剂量。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述RT优化单元(124)根据距最近的靶结构的距离对所述至少一个OAR结构的体素进行加权。3.根据权利要求1和2中的任一项所述的系统，其中，所述RT优化单元(124)接收针对所述至少一个OAR结构中的一个OAR结构的第一剂量目标、第一权重和第一节省水平，并且所述至少一个修正目标函数中的一个修正目标函数包括与所述至少一个OAR结构中的所述一个OAR结构中的体素相关联的最大OAR修正目标函数。4.根据权利要求3所述的系统，其中，基于所述最大OAR修正目标函数的所述RT优化单元(124)将规划剂量水平降低到接收到的剂量目标水平之下。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，所述RT优化单元(124)接收针对所述至少一个OAR结构中的一个OAR结构的第二剂量目标水平、第二权重和第二节省水平，并且所述至少一个修正目标函数中的一个修正目标函数包括与所述至少一个OAR结构中的所述一个OAR结构中的体素相关联的最大OAR等效均匀剂量(EUD)修正目标函数。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的系统，其中，所述RT优化单元(124)在针对体积中的至少一个体素的优化的迭代之间调节所述第一权重、所述第二权重、所述第一剂量目标和所述第二剂量目标中的至少一个。7.根据权利要求1-6中的任一项所述的系统，其中，所述RT优化单元(124)：生成剂量下降区域结构，所述剂量下降区域结构包括距所述至少一个靶结构一距离的在所述至少一个靶结构周围的体素的几何体积；并且将修正目标函数与所述剂量下降区域结构相关联。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述RT优化单元(124)：生成身体区域结构，所述身体区域结构包括身体中的体素的体积，所述体素不包括所述剂量下降区域、所述至少一个靶结构和所述至少一个OAR结构中的体素；并且将最大OAR修正目标函数与所述身体区域结构和接收到的第三剂量目标相关联。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的系统，其中，所述至少一个靶结构和所述至少一个OAR结构包括体素的交叠区域，并且所述交叠区域中的所述规划剂量是根据以下中的至少一项计算的：根据所述至少一个OAR结构的接收到的剂量目标而加权的最大OAR修正目标函数；或者根据距所述交叠区域的边缘的距离和所述至少一个靶结构的接收到的剂量目标而加权的最大OAR等效均匀剂量(EUD)修正目标函数。10.根据权利要求1-9中的任一项所述的系统，其中，所述RT优化单元(124)：将剂量网格拟合到所述体积图像的体积，并且计算空间邻近体素的至少第一迭代组中的规划剂量，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·A·布兹杜泽克，P·库马尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL